专利名称：光刻系统和投影方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将图像图案(像图，image pattern)投影 到诸如晶片的目标表面上的光刻系统，其中控制数据耦合至控制单 元以通过光信号控制曝光投影，从而使用自由空间互连(自由空间 互4妄，free space interconnect )，尤其涉及一种系纟充，其中这才羊的4空 制单元被包含在非常接近或在该投影空间的范围内，更具体地涉及 一种多光束无掩模光刻系统。本发明总体上仍然涉及带电粒子和基 于光4殳影的光刻系统。
背景技术：
这样的系统是已知的，例如从以本申请人的名义申请的国际专 利出版物WO2004038509,即从由其图14提供的具体实施方式
中 可以获知。该已知的系统包括计算机系统，其用于提供待通过所谓 的射束柱(beam column)才殳影的图4象的图案凄t据，用于将带电粒 子、尤其是电子投影到诸如晶片的目标表面和检查设备上。该射束 柱包括其中容纳了 一个或多个带电粒子源的真空室，其以本身已知 的方式发射粒子，尤其使用电场以从所述一个源或多个源中吸取粒 子。射束柱进一步包括带电粒子光学装置，用于会聚发射的带电粒 子束，用于将其分成多个带电粒子束(进一步称为写入射束)，并 且形成曝光投影。用于控制曝光投影的控制单元以带电粒子光学装置的形式被包括，用于成形或引导这样的写入射束，这里示出了包含消隐偏转器(blanking deflector )的消隐光学部件或调制器阵列， 以及用于4吏写入射束偏转的写入偏转器阵歹'J ( writing deflector array ),以使用没有被所述消隐偏转器消隐的写入射束来进行图案 的目标写入。本身已知的，例如/人以本申i青人名义的国际专利出片反物 WO2004107050中已杀口的消隐光学部4牛(blanker optic part),才艮才居 计算机提供的信号，使写入射束偏转远离平行于其他写入射束的直 线轨迹，至这样的倾斜量，即没有任何写入射束的部分有效地通过 在盲板(挡板，stopping plate )上提供用于每一个写入射束的开口 ， 从而实现特定写入射束的"断开(关闭，off)"状态。射束柱中的所有光学部件^皮成形具有一列开口 ，分开部件的开 口相互对准以使 使得在所述射束柱中的写入射束以受控方式通向 所述目标表面。已知的无掩模多光束系统通常进一步提供具有所述 源和安排在其共扼面内的目标表面的消隐偏转器，即它可以容易地 与WO2004/0819010的主题相结合。以这种方式，所述光刻系统有 利地在目标表面上实现所述源的最佳亮度。而且，以这种方式，对 于消隐装置阵列需要最小量的空间。用于写入射束的目标表面被保持于包括在射束柱中的一个平 台(stage)上。通过系统的电子控制单元感应(i秀导)，所述平台 与所述表面一起相对于所述发射的写入束(writing bundle )垂直地 移动，优选地〗又在4黄向于其中这样的写入束而纟皮最终偏转的方向的 方向上移动，以达到写入的目的。由此，通过已知光刻系统的图案 写入通过以下而实现通过组合目标表面的相对移动和写入射束的 定时"接通"与"断开"切换(通过基于所述控制单元的信号化的 所述消隐光学装置)，更具体地通过其所谓的图案光柱(pattern streamer X用于接通/断开切换的信号化，即写入射束的调制在相关已知系 统中通过使用光学器件实施。对其的消隐光学器件包括诸如光电二 极管的光敏部件，用于接收光信号，其被转换成电子信号，例如采用如以本申请人名义的国际专利出版物第WO2005010618号4是供 的措施。光信号由用于该系统的所述控制单元通过电子至光的转化 而产生，并在最终从"例如真空边界的透明部分，，4殳影的一束玻璃 光纤的情况下，借助于光学载体传输至射束柱。利用透镜系统将光 信号投影至所述消隐光学器件，所述透镜系统在已知系统中被披露 为由会聚透镜构成，所述会聚透镜位于包括在消隐光学部件中的偏 转器的发射器部件和光敏部件之间。使用所谓的MEMS技术和(双) CMOS技术产生偏转器、光敏部件和光至电的转换的布置(排列或 安排)。以便防止使用镜面发射部件，在相关的已知系统中，信号 化光束从相对于消隐光学部件的远上侧投影，以便实现在光敏元件上携带光信号的图案信息的入射角尽可能小。然而，其中包括相关 的具体实施方式
的出版物教导了 ，当使用用于校正发生在大多数这样的可^,换位置处的4交大入射角的4竟子时，可以实现才殳影的其它位 置。尽管以上描述的光刻系统的总体配置已经证明是令人满意的，4旦由于它经受光的非最佳(至少^f氐于预期)传^r以及由于它经受相 只十大的^象差，所以注意到7>开的倾杀牛照明系统的缺陷。因此，本发 明试图在总体上改进已知的无掩模多光束光刻系统，然而，尤其是对于其光学器件系统(或光学系统)(LOS)。本发明的进一步的目 的是，通过增大光刻系统的光传输J文率和/或通过减少光刻系统的光 学器件部分中的像差的可能性而改进光刻系统。发明内容本发明解决，至少在显著程度上消除了在光刻系统中遇到的上 述问题，使用用于重定向(redirect)光束的镜子，提供有用于允许通过曝光(例如，所述光刻系统部件的写入^:影)的一个或多个孔。 尤其是，根据本发明的这样的系统的所述自由空间光学互连包括并 入所述多个写入射束的投影轨迹中的有孔镜子，即有孔的镜子，其 中所述镜子相对于所述发射部件和所述光敏元件布置，以实现轴上 (或同轴，on-axis)入射，即所述光束至少^见觉垂直入射在所述光 敏元件上，所述镜子提供有至少一个孔，其允许通过一个或多个所 述写入射束。才艮据本发明下面的进一步理解，可替4奂地4是供了 一种光刻系 统，其中电子图像图案被递送至用于将图像投影至目标表面的曝光 设备，所述曝光设备包括用于控制曝光投影的控制单元，所述控制 单元至少部分地被包括在所述曝光设备的投影空间中并且通过光 信号提供有控制数据，所述光信号通过使用自由空间光学互连(包 括被发射至所述控制单元的光敏部件的已调制光束)被耦合至所述 控制单元，其中所述调制光束使用有孔镜子，可替换地表示用于所 述光束同轴入射到所述光敏部件上有孔的镜子，而^皮耦合到所述光 敏部件中，所述镜子的一个或多个孔提供用于通过所述曝光投影。利用根据本发明的系统，通过保持光信号同轴地投影，使像差 的存在减小到最低程度，同时至少不会显著地干扰即妨碍该光刻系 统的曝光设备的曝光投影。对于本文要求保护的技术方案，可以用 新的、先前预期不可能的(尽管事后看来相对简单可行)的高度有 利的方式实现本发明。任何可能之处。这些单独方面，尤其是在所附从属权利要求中描述 的方面和特4正可以形成分案专利申"i青的主题。
通过在示于附图中的、才艮据本发明的无掩才莫光刻系统的以下具体实施方式
中的实例，将进一步阐释本发明，附图中图1是与本发明区分开的现有技术光刻系统的示意图；图2是才艮据第一具体实施方式
的用于已知光刻系统的改进光学 器件系统的示意图；图3是光刻系统中的用于图2的光学器件系统的结构布置的示 意图；以及图4是用于根据第二具体实施方式
的已知光刻系统的改进光学 器件系统的示意图。在附图中，相应的结构特征(即至少功能上相应)用相同的附 图标号表示。
具体实施方式
图1表示本发明改进的现有技术光刻系统的总体侧视图，其中 在光发射器或光载体Fb的调制装置端(modulation means end) 2 处，在具体为光学纤维Fb的情况下，使用由透镜54代表的光学系 统，将光束8投影到调制器阵列24上。来自各个光学纤维端的调 制光束8被投射到光敏元件上，即所述调制器阵列24的各调制器 的光敏部件上。具体地，光纤Fb的各末端被投射到调制器阵列上。 每个光束8具有用于控制一个或多个调制器的一部分图案数据，对 其的调制形成信号化系统，用于传递基于图案数据的调制器阵列指 令以实现在所述目标表面上的期望图像。图l还示出了射束发生器50，其产生发散的带电粒子束51(在 本实例中是电子束)。i吏用光学系统52,(在电子光学系统的情况 下)，该带电粒子束51 ;故成形为平4于束。平4于的束51撞击到分束 器53上，产生多个基本上平行的写入射束22,被导向至调制阵列 24 (可替代地表示为消隐装置阵列)。使用在调制阵列24中的调制器，包括静电偏转器元件，写入 射束27 ^皮偏4争远离光刻系统的光轴，而写入射束28未^皮偏转而通 过调制器。使用射束阻挡阵列(beam stop army )25,偏转的写入射束27 被阻挡。通过阻挡阵列25的写入射束28在偏转器阵列56处在第 一写入方向上发生偏转，并且通过^f吏用才更影透4竟55,各个细射束 (beamlet)的才黄截面被缩小。在写入过程中，目标表面49相对于 系统的其余部分在第二写入方向上移动。此外，该光刻系统包括控制单元60,其包括数据存储器61、 读出单元62和^:据转换器63 (包括所谓的图4象光柱)。控制单元 60 ^皮定位远离该系统的其他部分，例如净化室的内部部分(部件) 的外部。使用光学纤维Fb，具有图案数据的调制光束8被传输至 投影仪54,其将光纤的末端投影到调制阵列24上。图2示出了根据第一具体实施方式
的改进光刻系统的光学器 件系统。它需要使用有孔镜子104，其用于实现光束8同轴入射到 调制器阵列24的光敏元件上。对于有孔镜子，包括一个相对大的 孑L，其中所有消隐偏转的写入射束27和所有未偏转的写入射束28 可以通过这个孔，或者包括多个较小的孔105， 一个对应每个偏转 或未偏转的写入射束。优选地，镜子104包括基本上平的反射面， 其以45度角以下包括在系统中，从而在保持光射束8垂直入射到 调制器24上的同时，光学器件系统需要轴向最小量的空间。在这样的最小化轴向空间要求的情况下，对于将LOS设置于调制器阵 歹'J 24的上侧或底侧，可以获得设计自由度，其又增强了阵列24 的制造自由度，阵列24是用CMOS和MEMS技术制造的高度复 杂的部件。在使用有孔镜子104的情况下，包括的实现聚焦功能 的聚焦透镜106 (优选通过透镜系统具体实施)尽可能靠近后者， 至少相对于光纤端2更靠近镜子。通过将所述聚焦透镜106设置 于非常靠近有孔镜子104,可以有利地实现可在没有过度损失光信 号强度的情况下应用该有孔镜子，这可能是因为存在孔105。
根据本发明，光纤末端2的阵列集成为(或包括)微透镜阵列 101，形成虚拟光纤阵列103 (实际上是用于孩i透4竟101的焦面中的 点阵列)。#4居本发明的特定和独立方面，这里，#4居优选实施方 式的微透镜阵列101的微透镜对由光纤阵列Fb的特定光纤传输的 光信号执行放大功能。因此，根据本发明的透镜系统提出了双重图 像系统，包括借助于孩l透镜放大每个信号，和随后借助于所述透镜 106 (为所有发射的光信号所共有)聚焦该信号。以这种方式有利 地，获得在增加每个光纤的有效点尺寸情况下的安装独立性，以及 在减小光纤间距情况下的安装独立性。
对于上述的第一效果，根据本发明，优选覆盖尽可能大的光敏 元件的区域，以便避免需要光信号8的强焦点(strong focus )，由 此降低像差的可能性，以及由此减少对于其他光学元件的需要，这 增强了光的传输，即减少了光损失。期望的和产生的光点不是过大 于光敏区域，以便使将光投射到周围无效部件上的光损失最小。然 而，这种布置意p未着光的4更影对于光束8的定位偏差是相对壽文感的， 因为其较小的位移意味着由相关光敏元件(例如光电二级管)接收 的光量的减少。因此，通过使入射光点24i的尺寸变大，但不是过 大于光每丈区域，则^4居本发明可以防止在LOS的自由空间互连中需 要昂贵或复杂的光学元件，而在另一方面，对于入射光束部件的未对准的每丈感性被合理地降低。在这方面，未对准可能是由于光刻系 统的实际状况、结构不精确、或它们的组合。对于上述的第二效果，
光纤Fb末端的间距不相容于、尤其是大于调制器阵列24上的光敏 元件的间距，除非过度，因此形成不经济的制造工作。利用本发明 的双透镜和双重成像系统，可以以有利方式获得在设置两个参数中 的独立性。
图3表示在根据本发明的光刻系统中结合连同图2描述的光学 部件系统的优选布置(安排)。示出了用于以上提到的消隐装置或 调制器阵列24的夹具24S，借助于该夹具，调制器阵列24被置于 带电粒子柱中。这样的带电粒子柱与用于支撑晶片或其他种类的目 标表面的夹具一起，故包^r在外壳Hv中，借助于该外壳，可以实 现用于所述柱和目标平台的真空条件。光纤Fb的阵列通过所述外 壳Hv的可拆卸部件中的开口提供，这里通过使用有效量的真空兼 容密封材料以实现在所述开口中光纤的气密封。所述光纤的内封装 端部件(部分)Fbv也因此在显著程度上被保护以防止可能作用于 其上的外部枳4成冲击。光纤阵列的端部件Fbv在其末端2处被进一 步机械地固定至用于光学器件系统的透镜和镜子部件的外壳HI。外 壳HI又^皮固定至所述调制器阵列夹具24S。以这种方式，其以有利 的机械方式被固定，光纤末端2和调制器阵列的位置，尤其它们的 光壽丈区域的位置被相对于4皮此固定。这样，阵列夹具24S^皮连接至 没有示出的框架，其用于元件如准直管(collimator) 52和分束器 (splitter) 53，同时正如图1中进一步i仑及的，构成带电粒子柱。
如在图3中的一个方面举例说明的，有孔镜子104覆盖了调制 器阵列的整个区域，而以相同的方式，透镜106覆盖了倾斜镜子104 的整个区域。因而，透镜106被轴向地结合在非常接近于夹具24S。
从以上可以清楚的是双透镜系统的原理，透镜外壳HI对消 隐装置24的机械固定以及有孔镜子104的特定应用都可以相互独立地采用。在使用离轴(off-axis )投影代替目前优选的垂直投影的 同时，双成〗象原理还可以进一步应用于后者。
图4示出根据第二实施方式的改进光刻系统的光学器件系统。 它需要使用有孔镜子107，其用来实现将光射束8同轴入射到调制 器阵列24的光每文元件上。另外，有孔镜子包括一个相对大的孔108,
过，或包括多个相对小的孔， 一个孔对应每个偏转的或未偏转的写 入射束。优选地，镜子104包括聚焦反射面，所述反射面尤其以一 定角度设置用于将入射光束8朝向调制器24反射，并且所述反射 面尤其为凹面用于同时将入射光柱8聚焦到调制器24上。
通过使用具有聚焦反射面的有孔镜子107,聚焦透镜106可被 省略。有利地实现了光信号强度的任何损失，尤其由于在聚焦透镜 106的表面处的反射导i丈的损失，可以^皮进一步减少。
此外，实现了在第二具体实施方式
中的聚焦元件，尤其是有孔 镜子107的凹反射面可以比第一具体实施方式
中的透镜106更接近 于调制器阵列24。由于这种近的距离，该第二具体实施方式
的光学 系统可以被设计成具有较大的数值孔径，因而获得的光学器件系统 具有增强的分辨率。
而且在图4的第二具体实施方式
中，光纤末端2的阵列集成为 微透镜阵列101,形成虚拟光纤阵列103，事实上在微透镜101的 焦面中的点的阵列。；微透镜阵列101的孩支透^:对由光纤阵列Fb的 特定光纤传输的光信号执行放大功能。因此，根据第二具体实施方 式的有孔镜子107的凹反射面提供一种双图像系统，其包括借助于 微透镜放大每个信号，以及随后借助于有孔镜子107 (所有发射的 光信号共有)的所述凹反射面聚焦该信号。此外，i人识到如图4所示的具有聚焦反射面107的有孔4竟子也 可以与如图3中所示的聚焦透4竟106结合。在这种情况下，聚焦元 件106、 107包括两个光学部件，并且两个光学部件都可以有助于 聚焦步文果和/或都可以用来进一步减少光学^f象差。
除了前述的构思和所有有关的细节，本发明还涉及如在权利要 求中所限定的所有特征，以及涉及与本发明有关的所有细节，所述 细节可以由本领域技术人员从以上提到的附图中直接和毫无疑义 地获得。在所附权利要求种，并非限制前面术语的含义，任何对应 于附图中的结构的标号都是出于支持理解权利要求，仅作为所述前 述术语的示例性含义纟皮包4舌。
权利要求
1.一种光刻系统，其中，电子图像图案被递送至用于将图像投影至目标表面的曝光设备，所述曝光设备包括用于控制曝光投影的控制单元，所述控制单元至少部分被包括在所述曝光设备的投影空间中并且借助于光信号而提供有控制数据，所述光信号通过使用包括已调制光束的自由空间光互连而被耦合在所述控制单元中，所述已调制光束被发射至所述控制单元的光敏部件，其中所述已调制光束通过使用有孔镜子而被耦合在所述光敏部件中以将所述光束同轴入射到所述光敏部件上，所述镜子的孔或可替换的所述镜子的多个孔被提供用于所述曝光投影通过。
2. 尤其是根据权利要求1所述的一种光刻系统，其中，借助于 光投影，电子图像图案被递送至由写入设备形成的曝光设备， 利用曝光投影，尤其是多射束系统用于将图案无掩模投影到 曝光表面上，包括其内结合有这样的写入设备的真空外壳，存在多射束投影源，产生多个用于写入所述图案的写入 射束，其中写入射束被引导至包括具有单个控制器如静电消隐 偏转器的控制单元的消隐装置阵列，用于根据接收到的图案信 息单个地控制写入射束，尤其是用于将写入射束偏转或不偏转 至射束阻挡部件，存在包括光传输部件的光学器件系统，用于将图案信息 信号传输至这样的控制器，尤其是消隐偏转器，其中控制器包括用于接收这样的已调制光束的光敏元 件，这样的光4文元件优选^皮容纳在所述偏转器的附近范围内，所述光学器件系统包4舌自由空间光学互连，形成光学凄丈 据载体系统，将携带图案数据的已调制光束朝向所述控制器传输，其中自由空间光学互连包括将自由空间互连、图案数据 携带光束发射至所述光敏元件的发射器部件，其中所述自由空间光学互连包括结合到所述多个写入射 束的投影轨迹中的有孔镜子，所述镜子相对于所述发射器部件和所述光敏元件进行布 置以实现所述光束同轴入射到所述光壽丈元件上，以及所述镜子被提供有允许一个或多个所述写入射束通过的 至少一个孔。
3. 根据权利要求2所述的系统，其中，发射部件被结合以便以 相对于所述曝光投影的方向至少基本上垂直的方向发射所述 光束。
4. 根据权利要求l、 2或3所述的系统，其中，所述自由空间互 连#皮包括在所述控制单元的下游侧。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，包括发射器和 所述有孔镜子的所述自由空间互连被包括在外壳中，而所述外 壳被机械地连接至所述控制单元，尤其是消隐装置阵列，更尤 其是因此经由夹具。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，聚焦透镜非常 靠近所述有孔4竟子而4皮结合到所述自由空间光学互连中，尤 其是比所述发射器更显著地靠近所述镜子，所述透镜尤其为 由所述发射器发射的所有光束所共有。
7. 才艮据前述4又利要求中任一项所述的系统，其中，所述有孔4竟子 包括聚焦反射面，所述反射面尤其为凹面，并且所述镜子尤其 为由所述发射器发射的所有光束所共有。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，孩吏透镜被结合 到所述自由空间光学互连中，尤其是由此形成所述发生器，非 常靠近光载体末端，尤其是相比于所述有孔镜子更显著地靠近 所述载体末端，尤其是每个光载体组合部件如光学纤维末端提 供有微透镜。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述自由空间 光学互连包括为可能的多个与微透镜一体的光纤所共有的掷: 透镜和聚焦透镜，其中的所述微透镜放大光纤传输的光信号， 而所述聚焦透镜缩小由所述可能的多个光纤传输的光信号的 总体。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述自由空间 光学互连一皮包括在由用于消隐写入射束的消隐装置阵列形成 的控制单元和用于阻挡由所述消隐装置阵列偏转的写入射束 的阻挡+反之间。
11. 才艮据前述4又利要求中任一项所述的系统，其中， 一个或多个光 信号载体是利用真空相容密封材料通过用于所述曝光设备的真空壁供给的，并且随后利用其末端部件被冲几械地耦合至位于 用于所述带电粒子射束柱的真空空间中的自由空间光学连接外壳。
12. —种光刻系统，其中，电子图像图案通过将已调制的光束，即 数据携带光束(8)投影至其写入设备而被递送至所述写入设 备，并且包括用于最终将所述图像图案递送至所述写入设备的自由空间光学互连，其中所述系统，作为所述自由空间光学互连的一部分，包4舌包含在所述写入i殳备中的具有一个或多个孔 的有孔镜子，用于在所述写入设备投影的方向上引导所述光 束，乂人而允许所述写入i殳备4更影可以通过所述孔或多个孔。
13. 根据权利要求12所述的系统，其中，所述写入设备优选利用 多射束系统以便优选地将图案无掩冲莫投影到曝光表面上，包括 其内结合了这样的光刻系统的真空外壳。
14. 一种用于将光束4殳射到光刻系统部件中的方法，利用用于重定 向光束的#:子，提供有 一个或多个用于让所述光刻系统部件的 写入4更影通过的孔。
15. —种光刻系统，提供有在所附i兌明书中描述的和/或在所附附 图中示出的一个或多个特征化特4正。
16. —种方法，包括在在所附说明书中描述的和/或在所附附图中 示出的一个或多个特征化步骤。
全文摘要
本发明涉及一种光刻系统，其中电子图像图案被递送至曝光设备用于将图像投影到目标表面，所述曝光设备包括用于控制曝光投影的控制单元，所述控制单元至少部分地包括在所述曝光设备的投影空间中，并且所述控制单元通过光信号被提供有控制数据，所述光信号通过使用包括已调制光束(被发射至所述控制单元的光敏部件)的自由空间光学互连而耦合于所述控制单元中，其中该已调制光束通过使用有孔镜子耦合于所述光敏部件中以便将所述光束同轴入射至所述光敏部件上，所述镜子的孔或可替换的所述镜子的多个孔被提供用于所述曝光投影通过。
文档编号H01J37/317GK101297244SQ200680039487
公开日2008年10月29日 申请日期2006年9月14日 优先权日2005年9月16日
发明者吉多·德布尔, 奥谢·阿里安内·安妮特·卡斯特利杰恩, 斯泰恩·威廉·卡雷尔·赫尔曼·斯腾布林克, 雷姆科·亚赫, 马尔科·扬·哈科·威兰 申请人:迈普尔平版印刷Ip有限公司